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Portafolio

Electronica Analogica

Temario:

1.-Analisis de circuitos con diodos.

2.-Transistores bipolares de unin (BJT).

3.-Amplificadores con transistores bipolares de unin.

4.-Amplificadores multietapa.

5.-amplificadores con transistores de efecto de campo.

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Conductores: oro, plata, cobre, etc.

Caracterstica principal: es un material que ofrece poca resistencia al

movimiento de carga elctrica y en su ltima

capa hay un solo electrn de valencia.

No conductor: Madera, Vidrio, Hule, etc.

Caracterstica principal: es un material que ofrece mucha resistencia al

movimiento de carga elctrica y en su ltima capa

tiene 8 electrones de valencia.

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Semiconductor: silicio y germanio.

Caracterstica principal: Es un elemento que se comporta como un conductor o

como aislante dependiendo de diversos factores, como

por ejemplo el campo elctrico o magntico, la presin,

la radiacin que le incide, o la temperatura del

ambiente en el que se encuentre.

Material intrnseco: En un cristal de Silicio o Germanio que forma una estructura tetradrica similar a la del carbono mediante enlaces covalentes entre sus tomos, en la

figura representados en el plano por simplicidad. Cuando el cristal se encuentra a

temperatura ambiente algunos electrones pueden absorber la energa necesaria para

saltar a la banda de conduccin dejando el correspondiente hueco en la banda de valencia.

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Material extrnseco: es un material semiconductor que ha sufrido un

proceso de dopado

Materiales tipo P y N.

Se les llama semiconductores de tipo P a los semiconductores contaminados con impurezas aceptoras. Las impurezas aceptoras son aquellas que agregan un hueco en el material. Estas son impurezas con 3electrones en su rbita de valencia. Al tener solo 3 electrones queda una unin incompleta dejando un hueco para que un electrn libre pueda tomar ese lugar. Este material es de tipo P debido a que la conduccin elctrica se produce debido a su gran nmero de huecos (portadores mayoritarios). Comparados con los electrones los huecos tienen polaridad positiva. Los semiconductores tipo N son aquellos a los que se le agregan impurezas donadoras (que donan un electrn). Estas impurezas suelen tener 5 electrones. De estos 5 electrones 4 formaran una unin con los tomos vecinos y 1 quedara libre. De esta forma este material contiene un mayor nmero de electrones libres comparados con los huecos libres. Este material es de tipo N debido a que la conduccin elctrica se produce debido a su gran nmero de electrones (Portadores mayoritarios) de polaridad negativa.

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En ambos casos la conduccin se hace por medio de los electrones pero se puede decir que en el material tipo P la conduccin se produce por el movimiento de huecos ya que los electrones se desprenden de una unin dejando un hueco para pasar a otro.

Diodo. Un diodo es un componente electrnico de dos terminales que permite la circulacin de la

corriente elctrica a travs de l en un solo sentido. Este trmino generalmente se usa

para referirse al diodo semiconductor, el ms comn en la actualidad; consta de una pieza

de cristal semiconductor conectada a dos terminales elctricos. El diodo de vaco (que

actualmente ya no se usa, excepto para tecnologas de alta potencia) es un tubo de vaco

con dos electrodos: una lmina como nodo, y un ctodo.

Smbolo del diodo:

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Historia del diodo:

Aunque el diodo semiconductor de estado slido se populariz antes del diodo termoinico, ambos se desarrollaron al mismo tiempo.

En 1873 Frederick Guthrie descubri el principio de operacin de los diodos trmicos. Guhtrie descubri que un electroscopio cargado positivamente podra descargarse al acercarse una pieza de metal caliente, sin necesidad de que ste lo tocara. No suceda lo mismo con un electroscopio cargado negativamente, reflejando esto que el flujo de corriente era posible solamente en una direccin.

El cientfico indio Jagdish Chandra Bose fue el primero en usar un cristal semiconductor para detectar ondas de radio en 1894. El detector de cristal semiconductor fue desarrollado en un dispositivo prctico para la recepcin de seales inalmbricas por Greenleaf Whittier Pickard, quin invent un detector de cristal de silicio en 1903 y recibi una patente de ello el 20 de noviembre de 1906. Otros experimentos probaron con gran variedad de sustancias, de las cuales se us ampliamente el mineral galena. Otras sustancias ofrecieron un rendimiento ligeramente mayor, pero el galena fue el que ms se us porque tena la ventaja de ser barato y fcil de obtener. Al principio de la era del radio, el detector de cristal semiconductor consista de un cable ajustable (el muy nombrado bigote de gato) el cual se poda mover manualmente a travs del cristal para as obtener una seal ptima. Este dispositivo problemtico fue rpidamente superado por los diodos termoinicos, aunque el detector de cristal semiconductor volvi a usarse frecuentemente con la llegada de los econmicos diodos de germanio en la dcada de 1950.

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Diodos termoinicos y de estado gaseoso:

Los diodos termoinicos son dispositivos de vlvula termoinica (tambin conocida como tubo de vaco), que consisten en un arreglo de electrodos empacados en un vidrio al vaco. Los primeros modelos eran muy parecidos a la lmpara incandescente.

En los diodos de vlvula termoinica, una corriente a travs del filamento que se va a calentar calienta indirectamente el ctodo, otro electrodo interno tratado con una mezcla de Bario y xido de estroncio, los cuales son xidos alcalinotrreos; se eligen estas sustancias porque tienen una pequea funcin de trabajo (algunas vlvulas usan calentamiento directo, donde un filamento de tungsteno acta como calentador y como ctodo). El calentamiento causa emisin termoinica de electrones en el vaco. En polarizacin directa, el nodo estaba cargado positivamente por lo cual atraa electrones. Sin embargo, los electrones no eran fcilmente transportados de la superficie del nodo que no estaba caliente cuando la vlvula termoinica estaba en polarizacin inversa. Adems, cualquier corriente en este caso es insignificante.

En la mayora del siglo 20 los diodos de vlvula termoinica se usaron en aplicaciones de seales anlogas, rectificadores y potencia. Hasta el da de hoy, los diodos de vlvula

solamente se usan en aplicaciones exclusivas como rectificadores en guitarras elctricas, amplificadores de audio, as como equipo especializado de alta tensin.

Diodo semiconductor:

Un diodo semiconductor moderno est hecho de cristal semiconductor como el silicio con

impurezas en l para crear una regin que contiene portadores de carga negativa

(electrones), llamado semiconductor de tipo n, y una regin en el otro lado que contiene

portadores de carga positiva (huecos), llamado semiconductor tipo p. Las terminales del

diodo se unen a cada regin. El lmite dentro del cristal de estas dos regiones, llamado una

unin PN, es donde la importancia del diodo toma su lugar. El cristal conduce una

corriente de electrones del lado n (llamado ctodo), pero no en la direccin opuesta; es

decir, cuando una corriente convencional fluye del nodo al ctodo (opuesto al flujo de los

electrones).

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Al unir ambos cristales, se manifiesta una difusin de electrones del cristal n al p (Je). Al establecerse una corriente de difusin, aparecen cargas fijas en una zona a ambos lados de la unin, zona que recibe el nombre de regin de agotamiento.

A medida que progresa el proceso de difusin, la regin de agotamiento va incrementando su anchura profundizando en los cristales a ambos lados de la unin. Sin embargo, la acumulacin de iones positivos en la zona n y de iones negativos en la zona p, crea un campo elctrico (E) que actuar sobre los electrones libres de la zona n con una determinada fuerza de desplazamiento, que se opondr a la corriente de electrones y terminar detenindolos.

Este campo elctrico es equivalente a decir que aparece una diferencia de tensin entre las zonas p y n. Esta diferencia de potencial (VD) es de 0,7 V en el caso del silicio y 0,3 V para los cristales de germanio.

La anchura de la regin de agotamiento una vez alcanzado el equilibrio, suele ser del orden de 0,5 micras pero cuando uno de los cristales est mucho ms dopado que el otro, la zona de carga espacial es mucho mayor.

Cuando se somete al diodo a una diferencia de tensin externa, se dice que el diodo est polarizado, pudiendo ser la polarizacin directa o inversa.

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Polarizacin directa del diodo:

En este caso, la batera disminuye la barrera de potencial de la zona de carga espacial, permitiendo el paso de la corriente de electrones a travs de la unin; es decir, el diodo polarizado directamente conduce la electricidad.

Para que un diodo est polarizado directamente, se debe conectar el polo positivo de la batera al nodo del diodo y el polo negativo al ctodo. En estas condiciones podemos observar que:

El polo negativo de la batera repele los electrones libres del cristal n, con lo que estos electrones se dirigen hacia la unin p-n.

El polo positivo de la batera atrae a los electrones de valencia del cristal p, esto es equivalente a decir que empuja a los huecos hacia la unin p-n.

Cuando la diferencia de potencial entre los bornes de la batera es mayor que la diferencia de potencial en la zona de carga espacial, los electrones libres del cristal n, adquieren la energa suficiente para saltar a los huecos del cristal p, los cuales previamente se han desplazado hacia la unin p-n.

Una vez que un electrn libre de la zona n salta a la zona p atravesando la zona de carga espacial, cae en uno de los mltiples huecos de la zona p convirtindose en electrn de valencia. Una vez ocurrido esto el electrn es atrado por el polo positivo de la batera y se desplaza de tomo en tomo hasta llegar al final del cristal p, desde el cual se introduce en el hilo conductor y llega hasta la batera.

De este modo, con la batera cediendo electrones libres a la zona n y atrayendo electrones de valencia de la zona p, aparece a travs del diodo una corriente elctrica constante hasta el final.

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Polarizacin inversa del diodo: En este caso, el polo negativo de la batera se conecta

a la zona p y el polo positivo a la zona n, lo que hace aumentar la zona de carga espacial, y

la tensin en dicha zona hasta que se alcanza el valor de la tensin de la batera, tal y

como se explica a continuacin:

El polo positivo de la batera atrae a los electrones libres de la zona n, los cuales salen del cristal n y se introducen en el conductor dentro del cual se desplazan hasta llegar a la batera. A medida que los electrones libres abandonan la zona n, los tomos pentavalentes que antes eran neutros, al verse desprendidos de su electrn en el orbital de conduccin, adquieren estabilidad (8 electrones en la capa de valencia, ver semiconductor y tomo) y una carga elctrica neta de +1, con lo que se convierten en iones positivos.

El polo negativo de la batera cede electrones libres a los tomos trivalentes de la zona p. Recordemos que estos tomos slo tienen 3 electrones de valencia, con lo que una vez que han formado los enlaces covalentes con los tomos de silicio, tienen solamente 7 electrones de valencia, siendo el electrn que falta el denominado hueco. El caso es que cuando los electrones libres cedidos por la batera entran en la zona p, caen dentro de estos huecos con lo que los tomos trivalentes adquieren estabilidad (8 electrones en su orbital de valencia) y una carga elctrica neta de -1, convirtindose as en iones negativos.

Este proceso se repite una y otra vez hasta que la zona de carga espacial adquiere el mismo potencial elctrico que la batera.

En esta situacin, el diodo no debera conducir la corriente; sin embargo, debido al efecto de la temperatura se formarn pares electrn-hueco (ver semiconductor) a ambos lados de la unin produciendo una pequea corriente (del orden de 1 A) denominada corriente inversa de saturacin. Adems, existe tambin una denominada corriente superficial de fugas la cual, como su propio nombre indica, conduce una pequea corriente por la superficie del diodo; ya que en la superficie, los tomos de silicio no estn rodeados de suficientes tomos para realizar los cuatro enlaces covalentes necesarios para obtener estabilidad. Esto hace que los tomos de la superficie del diodo, tanto de la zona n como de la p, tengan huecos en su orbital de valencia con lo que los electrones circulan sin dificultad a travs de ellos. No obstante, al igual que la corriente inversa de saturacin, la corriente superficial de fuga es despreciable.

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Polarizacin inversa del diodo

Curva caracterstica del diodo:

Tensin umbral, de codo o de partida (V ). La tensin umbral (tambin llamada barrera de potencial) de polarizacin directa coincide en valor con la tensin de la zona de carga espacial del diodo no polarizado. Al polarizar directamente el diodo, la barrera de potencial inicial se va reduciendo, incrementando la corriente ligeramente, alrededor del 1% de la nominal. Sin embargo, cuando la tensin externa supera la tensin umbral, la barrera de potencial desaparece, de forma que para pequeos incrementos de tensin se producen grandes variaciones de la intensidad de corriente.

Corriente mxima (Imax ). Es la intensidad de corriente mxima que puede conducir el diodo sin fundirse por el efecto Joule. Dado que es funcin de la cantidad de calor que puede disipar el diodo, depende sobre todo del diseo del mismo.

Corriente inversa de saturacin (Is ). Es la pequea corriente que se establece al polarizar inversamente el diodo por la formacin de pares electrn-hueco debido a la temperatura, admitindose que se duplica por cada incremento de 10 C en la temperatura.

Corriente superficial de fugas. Es la pequea corriente que circula por la superficie del diodo (ver polarizacin inversa), esta corriente es funcin de la tensin aplicada al diodo, con lo que al aumentar la tensin, aumenta la corriente superficial de fugas.

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Tensin de ruptura (Vr ). Es la tensin inversa mxima que el diodo puede soportar antes de darse el efecto avalancha.

Tericamente, al polarizar inversamente el diodo, este conducir la corriente inversa de saturacin; en la realidad, a partir de un determinado valor de la tensin, en el diodo normal o de unin abrupta la ruptura se debe al efecto avalancha; no obstante hay otro tipo de diodos, como los Zener, en los que la ruptura puede deberse a dos efectos:

Efecto avalancha (diodos poco dopados). En polarizacin inversa se generan pares electrn-hueco que provocan la corriente inversa de saturacin; si la tensin inversa es elevada los electrones se aceleran incrementando su energa cintica de forma que al chocar con electrones de valencia pueden provocar su salto a la banda de conduccin. Estos electrones liberados, a su vez, se aceleran por efecto de la tensin, chocando con ms electrones de valencia y liberndolos a su vez. El resultado es una avalancha de electrones que provoca una corriente grande. Este fenmeno se produce para valores de la tensin superiores a 6 V.

Efecto Zener (diodos muy dopados). Cuanto ms dopado est el material, menor es la anchura de la zona de carga. Puesto que el campo elctrico E puede expresarse como cociente de la tensin V entre la distancia d; cuando el diodo est muy dopado, y por tanto d sea pequeo, el campo elctrico ser grande, del orden de 3105 V/cm. En estas condiciones, el propio campo puede ser capaz de arrancar electrones de valencia incrementndose la corriente. Este efecto se produce para tensiones de 4 V o menores.

Para tensiones inversas entre 4 y 6 V la ruptura de estos diodos especiales, como los Zener, se puede producir por ambos efectos.

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Tipos de diodos:

Existen varios tipos de diodos, que pueden diferir en su aspecto fsico, impurezas, uso de electrodos, que tienen caractersticas elctricas particulares usados para una aplicacin especial en un circuito. El funcionamiento de estos diodos es fundamentado por principios de la mecnica cuntica y teora de bandas.

Los diodos normales, los cuales operan como se describa ms arriba, se hacen generalmente de silicio dopado o germanio. Antes del desarrollo de estos diodos rectificadores de silicio, se usaba el xido cuproso y el selenio: su baja eficiencia le dio una cada de tensin muy alta (desde 1,4 a 1,7V) y requeran de una gran disipacin de calor mucho ms grande que un diodo de silicio. La gran mayora de los diodos pn se encuentran en circuitos integrados CMOS, que incluyen dos diodos por pin y muchos otros diodos internos.

Diodo avalancha: Diodos que conducen en direccin contraria cuando el voltaje en inverso supera el voltaje de ruptura. Electricmente son similares a los diodos Zener, pero funciona bajo otro fenmeno, el efecto avalancha. Esto sucede cuando el campo elctrico inverso que atraviesa la unin p-n produce una onda de ionizacin, similar a una avalancha, produciendo una corriente. Los diodos avalancha estn diseados para operar en un voltaje inverso definido sin que se destruya. La diferencia entre el diodo avalancha (el cual tiene un voltaje de reversa de aproximadamente 6.2V) y el diodo zener es que el ancho del canal del primero excede la "libre asociacin" de los electrones, por lo que se producen colisiones entre ellos en el camino. La nica diferencia prctica es que los dos tienen coeficientes de temperatura de polaridades opuestas.

Diodo de Silicio: Suelen tener un tamao milimtrico y, alineados, constituyen detectores multicanal que permiten obtener espectros en milisegundos. Son menos sensibles que los fotomultiplicadores. Es un semiconductor de tipo p (con huecos) en contacto con un semiconductor de tipo n (electrones). La radiacin comunica la energa para liberar los electrones que se desplazan hacia los huecos, estableciendo una corriente elctrica proporcional a la potencia radiante.

Diodo de cristal: Es un tipo de diodo de contacto. El diodo cristal consiste de un cable de metal afilado presionado contra un cristal semiconductor, generalmente galena o de una parte de carbn. El cable forma el nodo y el cristal forma el ctodo. Los diodos de cristal tienen una gran aplicacin en los radio a galena. Los diodos de cristal estn obsoletos, pero puede conseguirse todava de algunos fabricantes.

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Diodo de corriente constante: Realmente es un JFET, con su compuerta conectada a la fuente, y funciona como un limitador de corriente de dos terminales anlogo al diodo Zener, el cual limita el voltaje. Permiten una corriente a travs de ellos para alcanzar un valor adecuado y as estabilizarse en un valor especfico. Tambin suele llamarse CLDs (por sus siglas en ingls) o diodo regulador de corriente.

Diodo tnel o Esaki: Tienen una regin de operacin que produce una resistencia negativa debido al efecto tnel, permitiendo amplificar seales y circuitos muy simples que poseen dos estados. Debido a la alta concentracin de carga, los diodos tnel son muy rpidos, pueden usarse en temperaturas muy bajas, campos magnticos de gran magnitud y en entornos con radiacin alta. Por estas propiedades, suelen usarse en viajes espaciales.

Diodo Gunn: Similar al diodo tnel son construidos de materiales como GaAs o InP que produce una resistencia negativa. Bajo condiciones apropiadas, las formas de dominio del dipolo y propagacin a travs del diodo, permitiendo osciladores de ondas microondas de alta frecuencia.

Diodo emisor de luz: En un diodo formado de un semiconductor con huecos en su banda de energa, tal como arseniuro de galio, los portadores de carga que cruzan la unin emiten fotones cuando se recombinan con los portadores mayoritarios en el otro lado. Dependiendo del material, la longitud de onda que se pueden producir vara desde el infrarrojo hasta longitudes de onda cercanas al ultravioleta. El potencial que admiten estos diodos dependen de la longitud de onda que ellos emiten: 2.1V corresponde al rojo, 4.0V al violeta. Los primeros ledes fueron rojos y amarillos. Los ledes blancos son en realidad combinaciones de tres ledes de diferente color o un led azul revestido con un centelleador amarillo. Los ledes tambin pueden usarse como fotodiodos de baja eficiencia en aplicaciones de seales. Un led puede usarse con un fotodiodo o fototransistor para formar un optoacoplador.

Diodo lser: Cuando la estructura de un led se introduce en una cavidad resonante formada al pulir las caras de los extremos, se puede formar un lser. Los diodos lser se usan frecuentemente en dispositivos de almacenamiento pticos y para la comunicacin ptica de alta velocidad.

Diodo trmico: Este trmino tambin se usa para los diodos convencionales usados para monitorear la temperatura a la variacin de voltaje con la temperatura, y para refrigeradores termoelctricos para la refrigeracin termoelctrica. Los refrigeradores termoelctricos se hacen de semiconductores, aunque ellos no

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tienen ninguna unin de rectificacin, aprovechan el comportamiento distinto de portadores de carga de los semiconductores tipo P y N para transportar el calor.

Fotodiodos: Todos los semiconductores estn sujetos a portadores de carga pticos. Generalmente es un efecto no deseado, por lo que muchos de los semiconductores estn empacados en materiales que bloquean el paso de la luz. Los fotodiodos tienen la funcin de ser sensibles a la luz (fotocelda), por lo que estn empacados en materiales que permiten el paso de la luz y son por lo general PIN (tipo de diodo ms sensible a la luz). Un fotodiodo puede usarse en celdas solares, en fotometra o en comunicacin ptica. Varios fotodiodos pueden empacarse en un dispositivo como un arreglo lineal o como un arreglo de dos dimensiones. Estos arreglos no deben confundirse con los dispositivos de carga acoplada.

Diodo con puntas de contacto: Funcionan igual que los diodos semiconductores de unin mencionados anteriormente aunque su construccin es ms simple. Se fabrica una seccin de semiconductor tipo n, y se hace un conductor de punta aguda con un metal del grupo 3 de manera que haga contacto con el semiconductor. Algo del metal migra hacia el semiconductor para hacer una pequea regin de tipo p cerca del contacto. El muy usado 1N34 (de fabricacin alemana) an se usa en receptores de radio como un detector y ocasionalmente en dispositivos analgicos especializados.

Diodo PIN: Un diodo PIN tiene una seccin central sin doparse o en otras palabras una capa intrnseca formando una estructura p-intrinseca-n. Son usados como interruptores de alta frecuencia y atenuadores. Tambin son usados como detectores de radiacin ionizante de gran volumen y como fotodetectores. Los diodos PIN tambin se usan en la electrnica de potencia y su capa central puede soportar altos voltajes. Adems, la estructura del PIN puede encontrarse en dispositivos semiconductores de potencia, tales como IGBTs, MOSFETs de potencia y tiristores.

Diodo Schottky: El diodo Schottky estn construidos de un metal a un contacto de semiconductor. Tiene una tensin de ruptura mucho menor que los diodos pn. Su tensin de ruptura en corrientes de 1mA est en el rango de 0.15V a 0.45V, lo cual los hace tiles en aplicaciones de fijacin y prevencin de saturacin en un transistor. Tambin se pueden usar como rectificadores con bajas prdidas aunque su corriente de fuga es mucho ms alta que la de otros diodos. Los diodos Schottky son portadores de carga mayoritarios por lo que no sufren de problemas de almacenamiento de los portadores de carga minoritarios que ralentizan la mayora

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de los dems diodos (por lo que este tipo de diodos tiene una recuperacin inversa ms rpida que los diodos de unin pn. Tienden a tener una capacitancia de unin mucho ms baja que los diodos pn que funcionan como interruptores veloces y se usan para circuitos de alta velocidad como fuentes conmutadas, mezclador de frecuencias y detectores.

Stabistor: El stabistor (tambin llamado Diodo de Referencia en Directa) es un tipo especial de diodo de silicio cuyas caractersticas de tensin en directa son extremadamente estables. Estos dispositivos estn diseados especialmente para aplicaciones de estabilizacin en bajas tensiones donde se requiera mantener la tensin muy estable dentro de un amplio rango de corriente y temperatura.

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Aplicaciones del diodo:

Rectificador de media onda Rectificador de onda completa Rectificador en paralelo Doblador de tensin Estabilizador Zener Led Limitador Circuito fijador Multiplicador de tensin Divisor de tensin

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Recta de carga y punto de operacin del diodo semiconductor

Niveles de resistencia:

Cuando el punto de operacin Q, de un diodo semiconductor se mueve

desde una regin a otra la resistencia del diodo tambin cambiara

debido a la forma no lineal de la curva caracterstica del diodo

semiconductor.

El tipo de voltaje aplicado, es decir el voltaje de corriente directa o C.D.

y el voltaje de corriente alterna A.C. Definir el nivel de la resistencia

de inters.

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Diodo zener:

El diodo Zener es un diodo de cromo1 que se ha construido para que funcione en las zonas de rupturas, recibe ese nombre por su inventor, el Dr. Clarence Melvin Zener. El diodo Zener es la parte esencial de los reguladores de tensin casi constantes con independencia de que se presenten grandes variaciones de la tensin de red, de la resistencia de carga y temperatura.

Son mal llamados a veces diodos de avalancha, pues presentan comportamientos similares a estos, pero los mecanismos involucrados son diferentes. Adems si el voltaje de la fuente es inferior a la del diodo ste no puede hacer su regulacin caracterstica.

Caractersticas del zener:

Si a un diodo Zener se le aplica una corriente elctrica del nodo al ctodo (polarizacin directa) toma las caractersticas de un diodo rectificador bsico, pero si se le suministra corriente elctrica de ctodo a nodo (polarizacin inversa), el diodo solo dejara pasar una tensin constante.

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En conclusin: el diodo Zener debe ser polarizado al revs para que adopte su caracterstica de regulador de tensin.

Su smbolo es como el de un diodo normal pero tiene dos terminales a los lados. Este diodo se comporta como un diodo convencional en condiciones de alta corriente porque cuando recibe demasiada corriente se quema.

Precauciones que se deben observar al usar el diodo zener:

El diodo zener requiere de una resistencia que limite su corriente.

Se debe trabajar por debajo de la zona mxima.

Ventajas del diodo zener:

Entrega una tensin de salida constante. (Voltaje zener).

Puede trabajar con diferentes valores de corriente en caso de que se use con fuente variable de C.D.

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Aplicaciones del diodo semiconductor.

Rectificador de media onda.

La tensin de media onda produce una corriente por la resistencia de carga la cual es

unidireccional. Significa que solo circula en una direccin.

El valor de continua de una seal de media onda es:

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Frecuencia de salida para un rectificador de media onda:

En un rectificador de media onda la frecuencia de salida (Fout) es la misma

que la frecuencia de entrada (Fin).

Cada ciclo de la tensin de entrada produce un solo ciclo de la tensin de

salida.

Fout=Fin

Usando la segunda aproximacin:

Vp(out) = Vp(in) 0.7volts

A causa de la barrera de potencial del diodo, no se obtiene una tensin de onda perfecta.

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Ejemploi 1: Para la siguiente figura obtenga:

Tensin de pico (VP)

Tensin de continua (Vcd)

La fuente de tensin de la figura, entrega un valor de tensin de 10

volts el cual es un valor eficaz o Vrms, por lo cual tenemos que cambiar

de valor eficaz a valor de pico (VP).

Diodo ideal

VP=10v/0.707 = 14.1volts (voltaje de pico)

Vcd= VP/pi = 14.1/pi = 4.49 volts. (tensin de continua).

Usando segunda aproximacin:

VP(out)= VP(in)-0.7v = 14.1v-0.7v = 13.4volts.

Vcd=VP/pi = 13.4v/pi = 4.27volts.

Fout= Fin = 60 Hz.

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Uso del transformador en un rectificador de media onda:

Debido a que la tensin de la red elctrica es demasiado elevada

para la mayor parte de los dispositivos empleados en circuitos

electrnicos se emplea un transformador en casi todos los

equipos de corriente.

Puntos indicadores:

El significado de los putos indicadores que se ponen en los

extremos superiores de los arrollamientos indica la fase de

tensin en el arrollamiento secundario.

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Si el secundario tuviera en el extremo inferior el punto indicador,

la tension en el secundario estara fuera de fase a la tension del

primario 180.

Relacin de esperias

Para obtener la seal de tension al secundario se emplea la siguiente formula:

V2= V1/ (N1/N2)

esta formula se puede emplear para obtener valores como:

VRMS (eficaz).

Valores de pico.

Tensiones instantneas.

Los trminos de elevar y reducir se tratan con tranasformadores porque estos trminos relacionan la tension del secundario con la tension del primario.

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Ejercicio 2: Encontrar la tension de pico (VP) en la carga y la tension de continua (vcd) en la carga para la siguiente figura:

Solucin: V2=V1/ (N1/N2) = 120 VRMS / 5 = 24 Volts (valor eficaz vrms).

Como necesitamos encontrar el valor de pico (vp) usamos: Vp=Vrms(eficaz/).707 = 24volts=.707= 34 volts(tension de pico en la carga)

Con la tension de pico (vp) podemos obtener la tension de continua (vcd)= Vp/ pi = 34 v/pi = 10.8 volts (tension de continua en la carga)

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Rectificador de onda completa:

La figura muestra un rectificador de onda completa.

la conexin intermedia (derivacin central) llevada a la tierra en el arrollamiento secundario debido a esta conexin central, el circuito es equivalente a dos rectificadores de media onda.

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cada uno de estos rectificadores, tiene una tensin de entrada igual a la mitad de la tensin del secundario. El diodo 1 conduce durante el semiciclo positivo y el diodo 2 conduce durante el semiciclo negativo. Como resultado la corriente por la resistencia de carga, circula durante ambos semiciclos.

El rectificador de onda completa actua como 2 rectificadores de media onda superpuestos.

Propiedades del rectificador de onda completa

Valor de continua o valor medio: La seal de onda completa tiene doble ciclos positivos, que el de media onda Valor de continua:

Vdc=2vp/pi

Frecuencia de salida: En un rectificador de onda completa la frecuencia de salida es el doble de la frecuencia de entrada

Fout=2Fin

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Rectificador tipo puente

El puente rectificador es similar a un rectificador de onda completa porque produce una tensin de salida de onda completa.

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Los diodos de la figura D1 y D2 conducen en la mitad positiva del ciclo y los diodos D3 y D4 conducen durante la mitad negativa del ciclo. Como resultado, la corriente por la resistencia de carga (RL) circula durante ambas mitades de los ciclos. La seal de salida es una seal de tension continua pulsante.

La ventaja del rectificador tipo puente de onda completa sobre los dos rectificadores anteriores es que la tension del secundario se usa en su totalidad. Valor medio o Vcd frecuencia de salida Vcd= 2vp/pi Fout=2 fin

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Si se usa la segunda aproximacin es decir, si tenemos valores de 0.7 volts de ambos diodos durante cada ciclo positivo y negativo, la tension de pico de salida o vp(out) seria: Vp(out) = vp (in) 1.4 volts Ciclo positivo ciclo negativo D1 y D2 0.7+0.7= 1.4volts D3 yD4 0.7+0.7= 1.4 volts

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Transistores Bipolares.

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Transistor polarizado

El transistor sin pilarizar es similar a dos diodos contrapuestos. Cada diodo tiene una barrera de potencial de 0.7 volts.

Si se conectan fuentes externas de tension para poder polarizar al transistor, obtendremos corrientes a travs de las diferentes partes del transistor.

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La figura muestra al transistor NPN polarizado por 2 fuentes de corriente continua.

El emisor esta fuertemente dopado y su funcin consiste en inyectar electrones libres a la base.

La base ligeramente dopada tiene el propsito de dejar pasar hacia el colector la mayor parte de los electrones libres inyectados por el emisor.

Por lo cual el colector recibe este nombre, porque colecta la mayora de los electrones provenientes de la base.

La fuente VBB polariza directamente al diodo Emisor.

La fuente VCC polariza inversamente al diodo colector. Esta forma de polarizacin produce los resultados ms tiles en un transistor.

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Corrientes en un transistor polarizado

La corriente del colector es aproximadamente igual a la corriente del emisor

IC =IE

La corriente de base es muy pequea comparativamente ( menor del 1% de la corriente de colector)

IB

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Parmetro alfa en continua: El parmetro alfa en continua se define como la corriente continua de colector dividida entre la corriente continua de emisor.

Parmetro beta en continua: El parmetro beta en continua se define como la corriente de colector dividida entre la corriente de base.

Existen 3 formas tiles de conectar al transistor:

Emisor comn E-C

Base comn B-C

Colector comn C-C La mas utilizada es el modo Emisor- Comun

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El circuito de la figura es un transistor NPN, conectado en modo emisor-comn (EC), el cual tiene una resistencia de polarizacin en la entrada de base RB, esta resistencia nos permite controlar la corriente de salida por medio de una pequea corriente de base Rb y la ganancia beta de continua.

Usando diferentes valores de VBB o RB se pueden calcular la corriente de base IB, la corriente de base o IB controla a la corriente de colector o IC.

La fuente de tensin VCC polariza inversamente al diodo colector atreves de la resistencia RC.

Subndices sobles.

Cuando los subndices son iguales, la tension representa una fuente por ejemplo VBB y VCC.

Cuando los subndices son diferentes representan las tensiones entre dos puntos por ejemplo: VBE y VCE.

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Subndices simples Estos subndices se usan para representar las tensiones de los nodos. Ejemplo:

VCE=VC-VE

VCB=VC-VB

VBE=VB-VE

Curva caracterstica de entrada del transistor.

La curva caracterstica indica los valores de corriente de base IB que se pueden obtener a partir de la tension VBE y la resistencia RB.

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si aplicamos la ley de ohm para voltajes V=IR, y despejamos en funcin de

la corriente I=V/R, se obtiene una ecuacin que al sustituirla por los

valores de tension a la entrada y salida de la resistencia RB.

IB= (VBB-0.7) / RB

Calcular la tension atraves de la resistencia de base y la corriente de

colector IC , suponer una beta de 200

IB= VBB-.07v /RB = 2v-0.7v / 10000ohms = IB=1.3x10-5

Bdc=IC/IB = IC=(200)( 1.3x10-5) = IC=2.6x10-3

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Para un transitor en modo Emisor-Comun se puede obtener la potencia,

adems de la tensin de colector.

Aplicando la ley de kirchoff la cual seala que la suma de todas las

tensiones a lo largo de una malla o trayectoria cerrada es igual a cero.

Aplicando la ley de Kirchhoff al circuito de salida o VCE se tiene:

VCE=VCC-ICRC

La ecuacin indica que la tensin de colector-emisor (VCE) es igual a la

tensin de la fuente de polarizacin (VCC) menos la tensin que hay en la

resistencia de colector VRC.

VRC=ICRC

La potencia del diodo del colector o PD se obtiene de la siguiente forma:

P=VI

Donde

PD=(VCE)(IC)

Esta potencia se debe a que el transistor presenta una disipacin de potencia

que es aproximadamente igual a PD.

El consumo de potencia debe ser menor que PD max (dato del fabricante)

para evitar que el transistor se dae.

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Solucin grfica para la recta de carga de salida del transistor.

Se puede obtener el punto de operacin Q, usando una solucin grafica

basada en la recta de carga de un transistor.

Grafica de corriente de colector (IC), VS voltaje colector emisor (VCE)

Se tiene que la ecuacin para la tensin de salida del colector-emisor esta

expresada como:

VCE=VCC-ICRC

Dnde:

VCC: es el valor de tensin de la fuente de polarizacin de salida del

transistor.

ICRC: es la ley de ohm aplicada para obtener la tensin a travs de la

resistencia RC.

Para la ecuacin de salida:

VCE=VCC-ICRC

Si suponemos un valor de VCE=0

La ecuacin quedara como: VCC-ICRC=0

Esto nos ayudara para obtener la corriente de saturacin o IC sat.

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VCC=ICRC

VCC/RC=IC

ICsat=VCC/ICRC

Ahora si suponemos un valor de IC casi cero o cero la ecuacin VCE=VCC-ICRC

Quedar como:

VCE=VCC

Pudiendo asi obtener el valor de la tensin colector emisor de corte o VCE

corte.

Los valores IC sat y VCE corte son el extremo superior de la recta de carga y

el extremo inferior de la recta de carga.

Usando estos dos valores IC sat y VCE corte se obtiene una lnea de carga, la

cual representa los valores de IC frente a VCE.

Esta recta de carga representa el efecto de carga en IC y VCE.

La recta de carga es til porque contiene todos los puntos de trabajo posibles

para el circuito.

Puntos de la recta de carga

Corriente de colector de saturacin: IC sat.

Voltaje colector-emisor de corte: VCE corte.

Corriente de colector del punto de operacin Q: ICQ.

Tensin colector-emisor del punto de operacin Q: VCEQ.

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Polarizacion de emisor.

Los circuitos digitales son el tipo de circuitos que se emplean en los

ordenadores para esta aplicacin, la polarizacin de base y los circuitos

derivados de ella son tiles.

Cuando se trata de amplificadores se necesitan circuitos cuyo punto de

operacin Q, sean inmunes a los cambios de ganancia de corriente Bdc=IC/IB

La figura muestra una configuracin de emisor comn con polarizacin de

emisor (RE).

Se puede ver que la resistencia se ha cambiado del circuito de base al circuito

emisor.

Este cambio provoca que el punto de operacin Q sea inmvil aun cuando la

ganancia del transistor cambie de valor, el valor de Q casi no se desplaza

sobre la recta de carga.

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La fuente de polarizacin de base o VBB, se aplica directamente al

emisor, puesto que este ya no se encuentra directamente a la tierra

ahora la tensin de emisor es mayor.

VE=VBB-VBE

VE=VBB-0.7v

Para obtener el punto de operacin Q primero obtenemos el valor debe

VE=VB-VBE

Segundo, obtenemos el valor de IE por medio de la ley de ohm.

I=V/R IE=VE/RE

Como IE=IC obtenemos tambin el valor de IC

Obtenemos el valor de VC

VC=VCC-ICRC

Para obtener la tensin de colector emisor.

VCE=VC-VE

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Recta de carga y punto de operacin Q para el circuito de polrizacion

por divisor de tensin.

la tensin de emisor permanece constante.

El punto de operacin Q es prcticamente inmune a los cambios en la

ganancia de corriente.

Obtencin de los parmetros de corriente de colector de saturacin IC sat. Y

tensin de corte VCEcorte.

VCE=VC-ICRC

Suponiendo IE=0

Como IE=IC

VCE=10 v- (0 ma)(3.6k)

VCE=10 v

VCE=VCEc0rte= 10volts.

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BJT.

El transistor de unin bipolar (del ingls Bipolar Junction Transistor, o sus siglas BJT) es un dispositivo electrnico de estado slido consistente en dos uniones PN muy cercanas entre s, que permite controlar el paso de la corriente a travs de sus terminales. La denominacin de bipolar se debe a que la conduccin tiene lugar gracias al desplazamiento de portadores de dos polaridades (huecos positivos y electrones negativos), y son de gran utilidad en gran nmero de aplicaciones; pero tienen ciertos inconvenientes, entre ellos su impedancia de entrada bastante baja.

Los transistores bipolares son los transistores ms conocidos y se usan generalmente en electrnica analgica aunque tambin en algunas aplicaciones de electrnica digital, como la tecnologa TTL o BICMOS.

Un transistor de unin bipolar est formado por dos Uniones PN en un solo cristal semiconductor, separados por una regin muy estrecha. De esta manera quedan formadas tres regiones:

Emisor, que se diferencia de las otras dos por estar fuertemente dopada, comportndose como un metal. Su nombre se debe a que esta terminal funciona como emisor de portadores de carga.

Base, la intermedia, muy estrecha, que separa el emisor del colector. Colector, de extensin mucho mayor.

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La tcnica de fabricacin ms comn es la deposicin epitaxial. En su funcionamiento normal, la unin base-emisor est polarizada en directa, mientras que la base-colector en inversa. Los portadores de carga emitidos por el emisor atraviesan la base, porque es muy angosta, hay poca recombinacin de portadores, y la mayora pasa al colector. El transistor posee tres estados de operacin: estado de corte, estado de saturacin y estado de actividad.

Funcionamiento.

En una configuracin normal, la unin base-emisor se polariza en directa y la unin base-colector en inversa.1 Debido a la agitacin trmica los portadores de carga del emisor pueden atravesar la barrera de potencial emisor-base y llegar a la base. A su vez, prcticamente todos los portadores que llegaron son impulsados por el campo elctrico que existe entre la base y el colector.

Un transistor NPN puede ser considerado como dos diodos con la regin del nodo compartida. En una operacin tpica, la unin base-emisor est polarizada en directa y la unin base-colector est polarizada en inversa. En un transistor NPN, por ejemplo, cuando una tensin positiva es aplicada en la unin base-emisor, el equilibrio entre los portadores generados trmicamente y el campo elctrico repelente de la regin agotada se desbalancea, permitiendo a los electrones excitados trmicamente inyectarse en la regin de la base. Estos electrones "vagan" a travs de la base, desde la regin de alta concentracin cercana al emisor hasta la regin de baja concentracin cercana al colector. Estos electrones en la base son llamados portadores minoritarios debido a que la base est dopada con material P, los cuales generan "huecos" como portadores mayoritarios en la base.

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La regin de la base en un transistor debe ser constructivamente delgada, para que los portadores puedan difundirse a travs de esta en mucho menos tiempo que la vida til del portador minoritario del semiconductor, para minimizar el porcentaje de portadores que se recombinan antes de alcanzar la unin base-colector. El espesor de la base debe ser menor al ancho de difusin de los electrones.

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JFET.

El JFET (Junction Field-Effect Transistor, en espaol transistor de efecto de campo de juntura o unin) es un dispositivo electrnico, esto es, un circuito que, segn unos valores elctricos de entrada, reacciona dando unos valores de salida. En el caso de los JFET, al ser transistores de efecto de campo elctrico, estos valores de entrada son las tensiones elctricas, en concreto la tensin entre los terminales S (fuente) y G (puerta), VGS. Segn este valor, la salida del transistor presentar una curva caracterstica que se simplifica definiendo en ella tres zonas con ecuaciones definidas: corte, hmica y saturacin.

Fsicamente, un JFET de los denominados "canal P" est formado por una pastilla de semiconductor tipo P en cuyos extremos se sitan dos patillas de salida (drenador y fuente) flanqueada por dos regiones con dopaje de tipo N en las que se conectan dos terminales conectados entre s (puerta). Al aplicar una tensin positiva VGS entre puerta y fuente, las zonas N crean a su alrededor sendas zonas en las que el paso de electrones (corriente ID) queda cortado, llamadas zonas de exclusin. Cuando esta VGS sobrepasa un valor determinado, las zonas de exclusin se extienden hasta tal punto que el paso de electrones ID entre fuente y drenador queda completamente cortado. A ese valor de VGS se le denomina Vp. Para un JFET "canal N" las zonas p y n se invierten, y las VGS y Vp son negativas, cortndose la corriente para tensiones menores que Vp.

As, segn el valor de VGS se definen dos primeras zonas; una activa para tensiones negativas mayores que Vp (puesto que Vp es tambin negativa) y una zona de corte para tensiones menores que Vp. Los distintos valores de la ID en funcin de la VGS vienen dados por una grfica o ecuacin denominada ecuacin de entrada.

En la zona activa, al permitirse el paso de corriente, el transistor dar una salida en el circuito que viene definida por la propia ID y la tensin entre el drenador y la fuente VDS. A la grfica o ecuacin que relaciona ests dos variables se le denomina ecuacin de salida, y en ella es donde se distinguen las dos zonas de funcionamiento de activa: hmica y saturacin.

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Mediante la grfica de entrada del transistor se pueden deducir las expresiones analticas que

permiten analizar matemticamente el funcionamiento de este. As, existen diferentes expresiones

para las distintas zonas de funcionamiento.

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Tipos de Amplificadores de Potencia

Entre las diferentes tipologas de etapas de potencia encontramos:

Clase A Clase B Clase AB Clase C Clase D Clase G BJT MOSFET

Amplificadores de potencia Clase A

Amplificador clase A. Son aquellos amplificadores cuyas etapas de potencia consumen corrientes

altas y continuas de su fuente de alimentacin, independientemente de si existe seal de audio o

no.

Caractersticas:

Esta amplificacin presenta el inconveniente de generar una fuerte y constante emisin de calor. No obstante, los transistores de salida estn siempre a una temperatura fija y sin alteraciones.

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En general, se afirma que esta clase de amplificacin es frecuente en circuitos de audio y en los equipos domsticos de gama alta, ya que proporcionan una calidad de sonido potente y de muy buena calidad.

Los amplificador de clase A a menudo consisten en un transistor de salida conectado al positivo de la fuente de alimentacin y un transistor de corriente constante conectado de la salida al negativo de la fuente de alimentacin.

La seal del transistor de salida modula tanto el voltaje como la corriente de salida. Cuando no hay seal de entrada, la corriente de polarizacin constante fluye directamente del positivo de la fuente de alimentacin al negativo, resultando que no hay corriente de salida, se gasta mucha corriente. Algunos amplificador de clase A ms sofisticados tienen dos transistores de salida en configuracin push-pull.

Ventaja

La clase A se refiere a una etapa de salida con una corriente de polarizacin mayor que la mxima corriente de salida que dan, de tal forma que los transistores de salida siempre estn consumiendo corriente. La gran ventaja de la clase A es que es casi lineal, y en consecuencia la distorsin es menor.

Deventaja

La gran desventaja de la clase A es que es poco eficiente, se requiere un amplificador de clase A muy grande para dar 50 W, y ese amplificador usa mucha corriente y se pone a muy alta temperatura.

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Amplificador de potencia clase A con acoplamiento inductivo.

Etapa de potencia, amplificador de potencia o etapa de ganancia son los nombres que se usan para denominar a un amplificador de audio. La funcin del amplificador es aumentar el nivel de una seal, incrementando para ello la amplitud de la seal de entrada mediante corrientes de polarizacin (voltaje negativo, voltaje positivo) en el transistor de salida.

El amplificador trabaja, internamente, con corriente contnua; en caso de ser alimentado con la tensin entregada por la red domiciliaria se necesita un transformador y rectificador para adaptar el nivel de voltaje y tipo de corriente a los valores necesarios para el buen funcionamiento del equipo.

Cuando se disea un amplificador, es fundamental la refrigeracin del mismo. Por ello, siempre encontraremos una rejilla de ventilacin y los fabricantes habrn instalado en su interior ventiladores (como en el ordenador). Esto es porque durante el procesado de amplificacin, en su interior, se disipa gran cantidad de calor.

Fsicamente, cuando vemos un amplificador, nos encontramos con un equipo en el que habitualmente, slo hay un botn: el de encendido/apagado.

En la parte posterior suele situarse el panel con las correspondientes entradas y salidas. El nmero y tipo de ellas depende de la cantidad de seales que soporte el amplificador.

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Caractersticas:

Las caractersticas tcnicas de cada modelo determinarn la calidad del amplificador:

Impedancia. Factor de amortiguamiento. Potencia de salida. Relacin seal ruido. Acoplamiento. Respuesta en frecuencia. Respuesta de fase. Ganancia. Sensibilidad. Distorsin. Diafona.

Impedancia

La impedancia es la resistencia (oposicin) que presenta cualquier dispositivo al paso de una corriente, en este caso, alterna.

La impedancia de entrada de un amplificador debe ser de al menos, 10 k. Estos 10 k se dan para que en el caso de posicionar 10 amplificadores en paralelo la carga total sea de un 1k. (10 k / 10 = 1 k).

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Factor de amortiguacin

Indica la relacin entre la impedancia nominal del altavoz a conectar y la impedancia de salida del amplificador (la elctrica que realmente presenta en su salida).

Cuanto mayor sea el factor de amortiguamiento mejor, pero por encima de doscientos, puede significar que el amplificador est deficientemente protegido contra cargas reactivas que pueden deteriorarlo.

El factor de amortiguamiento se expresa: 200 sobre 8 , lo que significara que la impedancia de salida real del amplificador es de 0,04 (8/200).

Muchos fabricantes incluyen el factor de amortiguamiento para graves, lo que resulta muy til, porque sabemos que sa es la respuesta en frecuencia crtica. Vendra indicado como 150 sobre 8 a 40 Hz.

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Potencia de salida

Hace referencia a la potencia elctrica, no confundir con la potencia acstica.

Como en el altavoz, es la cantidad de energa que se puede introducir en la etapa de potencia antes de que distorsione en exceso o de que pueda sufrir desperfectos.

Se especifica la potencia mxima del amplificador en funcin de una determinada impedancia, generalmente, 8 . Por ejemplo: 175 W sobre 8 ).

Si el amplificador es estreo, hay que tener en cuenta si esa potencia se refiere a cada uno de los canales o a ambos. Por ello, en las especificaciones tcnicas, se aade una de estas dos indicaciones:

con los dos canales alimentados. por canal.

En el ejemplo anterior con una potencia de salida de 175 W sobre 8 , si se aade con los dos canales alimentados significa que por canal la potencia ser la mitad (87,5 W sobre 8 ).

Por el contrario, con una potencia de salida de 175 vatios sobre 8 ohmios por canal, tendremos 350 W sobre 8 con los dos canales alimentados.

En los equipos que permiten modificar la impedancia de entrada, tambin hay que tener en cuenta las modificaciones que el variar este parmetro introducen en la potencia. En este caso se hacen aproximaciones cercanas, nunca son absolutas, porque en el estado actual de los amplificadores, esto no es posible. As, si tenemos un amplificador en el que en las especificaciones tcnicas figura 175 W sobre 8 , si reducimos la impedancia a 4 , la potencia ser cercana al doble, los 350 W (en un amplificador ideal, debera ser justamente estos 350 W).

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Dentro de la potencia se diferencia entre potencia nominal y potencia de pico.

Potencia mxima

Potencia mxima eficaz, o potencia media a rgimen continuo es la potencia elctrica real verificable con instrumentos que puede proporcionar la etapa de salida durante un minuto a una frecuencia de 1 kHz (kilo hertzio) sobre la impedancia nominal especificada por el fabricante (normalmente 4, 6 u 8 Ohmios) y viene dada por la expresin Po= Vo (rms)/Zo. Donde:

Po es la potencia de salida. Vo es el voltaje (tensin elctrica) eficaz de salida. Zo es la impedancia nominal del amplificador

Nota: para medir la potencia se emplea una resistencia pura, pues una impedancia compleja altera el desempeo del amplificador.

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Potencia mxima til

La potencia eficaz est limitada por la distorsin del equipo, ya que esta crece con la potencia, de modo que se especifica la potencia til a un nivel de distorsin nominal, como 1, 2 o 5 % (10% en amplificadores de baja calidad) o menos de 0.25 % en otros de alta calidad, esta medida es inferior a la anterior.

Potencia de pico, admisible o musical

Potencia mxima impulsiva (un pico de seal'), que puede soportar cada cierto tiempo el amplificador antes de deteriorarse.

Algunos fabricantes en lugar de especificar la potencia nominal, especifican la potencia de pico, para maquillar el alcance del amplificador, pues la potencia de pico siempre es superior a la potencia nominal. Hay que estar alerta a este detalle y tener en cuenta que la potencia de pico de un amplificador es 1,4142 (raz cuadrada de 2) veces su valor nominal.

Relacin seal/ruido

Hace referencia al voltaje de ruido residual a la salida y se expresa en dB.

Para que la relacin seal /ruido est por debajo del umbral de audicin, debe ser de al menos 100 dB. Mayor, 110 dB, en el caso los amplificadores de alta potencia (por encima de los 200 vatios).

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Acoplamiento

Indica la forma en que el amplificador est conectado al altavoz. Puede haber varios modos:

acoplamiento directo, cuando ambos estn acoplados directamente. Este permite la mejor respuesta en frecuencia y el mayor rendimiento en cuanto a potencia entregada a la carga.

acoplamiento inductivo, cuando el amplificador y su carga estn acoplados mediante un transformador.

acoplamiento capacitivo, si el acoplamiento se realiza mediante condensadores.

Internamente, el amplificador funciona con tensin continua, pero a la salida convierte la seal en corriente alterna. Cuando conectamos directamente un amplificador con el altavoz, este acoplamiento directo debe hacerse de forma que la corriente continua residual (DC offset) sea lo ms baja posible, no superando los 40 milivoltios. (Los ms habituales estn en 15 milivoltios).

Respuesta en frecuencia

Calcula el lmite dentro del cual el amplificador responde de igual forma (respuesta plana) a las audiofrecuencias (20 a 20.000 Hz) con una potencia muy baja.

La respuesta en frecuencia en los amplificadores se mide en dB tomando como referencia potencia de 1 vatio con una impedancia de 8 ohmios. Para obtener una ptima respuesta en frecuencia, sta debe estar en torno a 5 dB por encima (+ 5 dB) o por abajo (- 5 dB).

Muchos fabricantes, en lugar de usar slo las audiofrecuencias, para proteger a los amplificadores de perturbaciones suprasnicas o subsnicas, lo que hacen es medir la respuesta en frecuencia para una banda de frecuencias superior (generalmente de 12 a 40.000 Hz). En este caso una respuesta en frecuencia ptima debe estar en torno a 3 dB por encima (+ 3 dB) o por abajo (- 3 dB).

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Respuesta de fase

Indica la relacin en la fase entre las frecuencias medias con respecto a las altas o las bajas. Este desfase (adelantamiento o retraso) en el espectro de audiofrecuencias (20 20.000 Hz) no debera ser superior a los 15, para que no se produzca distorsin o cancelamientos de la seal.

Existen ciertos modelos de amplificador que invierte la fase en toda su banda de paso, lo que puede ocasionar dificultades en su operatividad (sino lo tenemos presente podremos estar cancelando toda la seal).

Ganancia

Es la relacin entre la potencia de salida y la potencia de entrada de la seal. Se expresa siempre como una relacin logartmica, y la unidad suele ser el dB, esto es, diez veces el logaritmo decimal del cociente entre potencias (si se relaciones tensiones, sera veinte veces en lugar de diez debido a que la potencia es proporcional al cuadrado de la tensin).

Si la potencia de salida es 40 W (vatios) y la de entrada 20 W, la ganancia es: 3dB. Si la tensin de salida es de 4 VRMS y la de entrada 2 VRMS, la ganancia es: 6 dB.

Cuando la ganancia si es menor que 1, hablamos de atenuacin.

En lo relativo a amplificadores, como el decibelio siempre expresa una comparacin hablaremos de dBW o dBu, lo que nos indicar cual es la referencia.

dBW: La W indica que el decibelio hace referencia a vatios. Es decir, se toma como referencia 1 W (vatio). As, a un vatio le corresponden 0 dBw.

dBm: Cuando el valor expresado en vatios es muy elevado, se usa el milivatio (mW). As, a un mW le corresponden 0 dBm.

dBu: El dBu expresa el nivel de seal en decibelios y referido a 774,6 mVRMS . 0,775 VRMS es la tensin aproximada que aplicada a una impedancia de 600 , disipa una potencia de 1mW. Se emplea la referencia de una impedancia de 600 por razones histricas.1

En un circuito en el que intervienen varios amplificadores, las ganancias individuales expresadas en decibelios (en cualquiera de sus frmulas tanto dB, dBw, dBm o dBu) se suman (restan si son negativas y es atenuacin).

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Sensibilidad

Indica la cantidad de flujo elctrico necesario de entrada para producir la mxima potencia de salida.

La sensibilidad viene indicada por dBu a una determinada impedancia. El dBu expresa el nivel de seal en decibelios y referido a 0,7746 VRMS. (Al hacer referencia a voltios, en muchos manuales, principalmente norteamericanos, en lugar de dBu usan dBV). As, 774,6 mVRMS equivaldrn a 0 dBu.

Si se supera el valor especificado por la sensibilidad la seal de salida sufrir un recorte (tanto por arriba como por abajo), como ocurre en los limitadores, y quedara distorsionada de tal modo que puede causar dao en ciertos equipos como en los tweeter.

Para evitar este gran problema, la mayora de equipos profesionales cuentan con un control de nivel de la entrada, que nos permite atenuar la seal si resulta excesiva.

Distorsin

La distorsin (distorsin armnica) describe la variacin de la forma de onda a la salida del equipo, con respecto a la seal que entr y se debe a que los equipos de audio, no slo los amplificadores, introducen armnicos en la seal.

Las causas de esta distorsin pueden ser mltiples. En el caso de los amplificadores, la ms usual es la sobrecarga a la entrada, es decir, sobrepasar la potencia recomendada por el fabricante, lo que produce a la salida un recorte de la seal, queda el sonido "roto".

La distorsin armnica total, debe ser, como mximo de 0,1 % THD(total harmonic distortion) en todo el espectro de frecuencias (las frecuencias altas agudos, distorsionan ms que la bajas graves).

La distorsin tambin puede expresarse en dB en relacin a una frecuencia. Es lo que se conoce como distorsin por intermodulacin de transistores. Para medir esta distorsin lo que se hace calcular la distorsin del amplificador para dos ondas senoidales diferentes (generalmente, 19 y 20 kHz) y ver cul es la diferencia entre estas seales expresada en dB. Los amplificadores de calidad deben estar en los 70 dB de diferencia en ese tono diferencial de 1 kHz.

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Diafona

La diafona indica que en un sistema estreo, un canal de audio, afecta al otro.

La diafona depende de la frecuencia. As hablaremos de que la diafona es soportable cuando este en torno a 50 dB para graves y agudos y 70 dB para los tonos medios.

Para eliminar problemas de diafona, los amplificadores cuentan con rectificadores, condensadores de filtro. Adems, muchos fabricantes introducen fuentes de alimentacin independientes para cada canal, lo que resulta muy efectivo.

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Ejemplo (clase A)

aplicacin industrial

seal amplificada es ultrasonido (20k-60k)

seal sinttica

Es capaz de modificar los dos semiciclos de la seal de C.A.

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Amplificador clase B (CLASS-B AMPLIFIER)

Durante un semiciclo la corriente circula y es amplificada por un transistor, y durante otro semiciclo circula y es amplificada por otro transistor, lo cual permite un descanso de un semiciclo a cada transistor y uno de trabajo y disipacin de potencia. Adems, no circula corriente a travs de los transistores de salida cuando no hay seal de audio.

El problema es que ocurre la llamada "distorsin por cruce", ya que cuando en el primer semiciclo la tensin de la seal cae por debajo de los 0.6 V (tensin aproximada de polarizacin de juntura base-emisor de un BJT), se despolariza el BJT y deja de amplificar lo cual tambin ocurre cuando en el otro semiciclo, la tensin no llega todava a los 0.6 V. En resumen, en el caso de una senoidal, tendramos 1.2 V no amplificados, aunque sta no es la mejor forma de definirlo. Son aquellos amplificadores cuyas etapas de potencia consumen corrientes altas y continuas de su fuente de alimentacin, independientemente de si existe seal de audio o no. Esta amplificacin presenta el inconveniente de generar una fuerte y constante emisin de calor. No obstante, los transistores de salida estn siempre a una temperatura fija y sin alteraciones. En general, podemos afirmar que esta clase de amplificacin es frecuente en circuitos de audio y en los equipos domsticos de gama alta, ya que proporcionan una calidad de sonido potente y de muy buena calidad. Resumiendo, los amplificadores de clase A tienen mayor calidad de sonido, cuestan ms y son menos prcticos, ya que despilfarran corriente, pero, devuelven seales muy limpias.

La clase A se refiere a una etapa de salida con una corriente de polarizacin mayor que la mxima corriente de salida que dan, de tal forma que los transistores de salida siempre estn consumiendo corriente. La gran ventaja de la clase A es que es casi lineal, y en consecuencia la distorsin es menor. La gran desventaja de la clase A es que es poco eficiente, es decir que requiere un amplificador de clase A muy grande para dar 50 W, y ese amplificador usa mucha corriente y se pone a muy alta temperatura. Algunos amplificadores de high-end son clase A, pero la verdadera clase A solo est en quizs un 10 % del pequeo mercado de high-end y en ninguno del mercado de gama media. Los amplificadores de clase A a menudo consisten en un transistor de salida conectado al positivo de la fuente de alimentacin y un transistor de corriente constante conectado de la salida al negativo de la fuente de alimentacin. La seal del transistor de salida modula tanto el voltaje como la corriente de salida. Cuando no hay seal de entrada, la corriente de polarizacin constante fluye directamente del positivo de la fuente de alimentacin al negativo, resultando que no hay corriente de salida, se gasta mucha corriente. Algunos amplificadores de clase A ms sofisticados tienen dos transistores de salida en configuracin push-pull.

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Ejemplo (clase B)

Amplificador de Clase AB (CLASS-AB AMPLIFIER)

Mismo caso que el amplificador B solo que existe una pequea corriente que circula por los 2 transistores constantemente, que los polariza reduciendo enormemente la llamada "distorsion por cruce". Como en los amplificadores de clase A, hay una corriente de polarizacin constante, pero relativamente baja, evitando la distorsin de cruce (de ah su nombre: AB). En el caso de amplificadores de sonido son los ms usados llegando a distorsiones menores del 0.01 % (THD=0.01%)

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Amplificador de clase C (CLASS-C AMPLIFIER)

La corriente de salida solo circula durante menos de medio ciclo de la seal de entrada. Y luego se complementa la salida con un circuito compuesto de condensadores y bobinas (circuito tanque).

La clase C trabaja para una banda de frecuencias estrecha y resulta muy apropiado en equipos de radiofrecuencia. Esto es debido al fenmeno de resonancia el cual se genera a la salida del amplificador cuando es sintonizado (la impedancia capacitiva e inductiva se cancelan a una frecuencia previamente calculada), aunque no trabaja arriba de 180 grados de ciclo, este amplificador a la salida genera una seal de ciclo completo de seal para la frecuencia fundamental.

No se utiliza en sonido, por su gran nivel de distorsin y por que su operacin no est destinada para amplificadores de gran seal o gran potencia.

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Amplificador de clase D (CLASS-D AMPLIFIER)

Esta clase de operacin usa seales de pulso (digitales). El uso de tcnicas digitales hace posible obtener una seal que vara a lo largo del ciclo completo para producir la salida a partir de muchas partes de la seal de entrada. La principal ventaja de la operacin en clase D es que los transistores MOSFET de salida trabajan solo en corte y saturacin por lo que tericamente no se disipa potencia en forma de calor y la eficiencia general puede ser muy alta, de entre 90 % a 99 %. En la practica los MOSFETS solo disipan potencia cuando se encuentran conduciendo (saturacin) debido a la pequea resistencia de encendido que poseen, llamada Rdson, de todas maneras esta potencia es despreciable ya que Rdson es del orden de los miliohmios. Adems disipan potencias en las transiciones de conduccin a no conduccin (corte-saturacin), este efecto solo se hace notable cuando los tiempos de subida y bajada son comparables a los tiempos de corte y conduccin, es decir a considerables altas frecuencias.

Se utilizan transistores MOSFET ya que son los nicos capaces de conmutar a las elevadas frecuencias de trabajo, del orden de los kHz llegando a los MHz en algunos casos.

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Ejemplos:

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Respuesta a la frecuencia de los transistores.

Las zonas de bajas frecuencias las controlamos con filtros de paso alto.

Las zonas de altas frecuencias las controlamos con filtros de paso bajo.

BAJA FRECUENCIA FILTRO PASO ALTO.

ALTA FRECUENCIA FILTRO PASO BAJO.

Filtro de paso alto:

Un filtro paso alto (HPF) es un tipo de filtro electrnico en cuya respuesta en

frecuencia se atenan las componentes de baja frecuencia pero no las de alta

frecuencia, stas incluso pueden amplificarse en los filtros activos. La alta o baja

frecuencia es un trmino relativo que depender del diseo y de la aplicacin

Aplicaciones

Una posible aplicacin de este tipo de filtro sera la de hacer que las altas frecuencias de una seal de audio fuesen a un altavoz para sonidos agudos mientras que un filtro paso bajo hara lo propio con los graves.

Otra aplicacin sera la de eliminar los ruidos que provienen de la red elctrica (50 o 60Hz) en un circuito cuyas seales fueran ms altas.

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Filtro de paso Bajo.

Un filtro pasa bajo corresponde a un filtro caracterizado por permitir el paso de las frecuencias ms bajas y atenuar las frecuencias ms altas. El filtro requiere de dos terminales de entrada y dos de salida, de una caja negra, tambin denominada cuadripolo o bipuerto, as todas las frecuencias se pueden presentar a la entrada, pero a la salida solo estarn presentes las que permita pasar el filtro. De la teora se obtiene que los filtros estn caracterizados por sus funciones de transferencia, as cualquier configuracin de elementos activos o pasivos que consigan cierta funcin de transferencia sern considerados un filtro de cierto tipo.

En particular la funcin de transferencia de un filtro pasa bajo de primer orden

corresponde a , donde la constante es slo una ponderacin correspondiente a la ganancia del filtro, y la real importancia reside en la forma de la

funcin de transferencia , la cual determina el comportamiento del filtro. En la funcin de transferencia anterior corresponde a la frecuencia de corte propia del filtro, aquel valor de frecuencia para el cual la amplitud de la seal de entrada se atena 3 dB.

De forma anloga al caso de primer orden, los filtros de pasa bajo de mayor orden tambin se caracterzan por su funcin de transferencia, por ejemplo la funcin de transferencia de un filtro paso bajo de segundo orden corresponde a

, donde es la frecuencia natural del filtro y es el factor de amortiguamiento de este.

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